¿Para qué se usan los aceleradores de partículas?

Hoy en día, es como preguntar para qué se usa la electricidad. Muchas cosas, y la gente probablemente inventará más.

Los aceleradores de partículas se utilizan para acelerar partículas subatómicas o átomos ionizados. Si cuenta los aceleradores de electrones simples de una etapa como aceleradores de partículas, eso incluye CRT, máquinas de rayos X y soldadura por haz de electrones, que utilizan un haz de electrones acelerados.

Se utiliza un tipo de acelerador de partículas para alimentar una fuente de luz sincrotrón, que produce rayos X que se pueden utilizar para la investigación de materiales, como la cristalografía y la medicina, por ejemplo.

Se pueden usar otros aceleradores, como los ciclotrones, para crear nuevos isótopos y elementos, efectivamente la transmutación de los elementos buscados por los alquimistas. No es económico transformar el plomo en oro, pero es factible crear isótopos radiactivos utilizados en la tomografía por emisión de positrones y en el tratamiento del cáncer, por ejemplo, Technetium-99m.

Los aceleradores se pueden usar directamente para tratar cánceres, como la terapia de protones, o mediante el uso de rayos X creados en un LINAC.

Los aceleradores de partículas se pueden usar para crear otras partículas como Muones, que a su vez se pueden acelerar o usar en experimentos. Por ejemplo, el muonio es un elemento artificial similar al hidrógeno que puede ser sustituido por hidrógeno en experimentos químicos y utilizado para explorar las características de los enlaces químicos.

Los aceleradores se pueden usar para iniciar reacciones nucleares que tienen lugar en entornos exóticos como supernovas, agujeros negros o unos pocos segundos después del Big Bang, recreando los procesos por los cuales se crearon elementos en el universo en primer lugar.

Los aceleradores de alta energía como el Gran Colisionador de Hadrones pueden crear Antimateria, el material que alimenta las naves espaciales ficticias de Star Trek. Es cierto que solo unos pocos cientos de átomos, no las toneladas que se necesitarían para alimentar una nave estelar, pero son suficientes para hacer experimentos.

El acelerador de partículas ha demostrado ser indispensable para la investigación, la medicina y la industria desde su aparición. Los aceleradores de partículas se pueden clasificar en grandes, intermedios y pequeños. Cada uno tiene diferentes aplicaciones.

Los aceleradores grandes son las principales herramientas de investigación de los físicos teóricos. Al chocar partículas (principalmente protones y electrones) a una energía extremadamente alta, podemos probar las teorías fundamentales de la física. El mayor colisionador de partículas LHC tiene una circunferencia de 27 kilómetros, con una energía de centro de masa de 14 TeV. Otros ejemplos incluyen Tevatron y SLAC .

Gran Colisionador de Hadrones, que descubrió el bosón de Higgs

Los aceleradores de partículas de tamaño intermedio generalmente abarcan decenas a cientos de metros, lo que acelera las partículas a unos pocos GeV. Estas instalaciones son plataformas útiles de investigación. Los ejemplos notables incluyen instalaciones de radiación sincrotrón de los aceleradores de electrones y fuentes de neutrones de espalación basadas en aceleradores de protones. Las instalaciones de radiación sincrotrón pueden generar rayos X de diez órdenes de magnitud más brillantes que los tubos convencionales de rayos X, lo cual es útil para muchas investigaciones como biología molecular, química, física de la materia condensada y materiales. Antes del advenimiento de la criomicroscopía electrónica, la cristalografía de rayos X es el único medio para resolver las estructuras de proteínas.

Algunos aceleradores como SLAC se construyeron originalmente para la investigación de física de alta energía. Cuando se “retiraron”, pueden servir como plataformas públicas de investigación. El primer láser LCLS de electrones libres de rayos X se basó en el SLAC, que mejoró el brillo (o brillo) de las fuentes de luz de rayos X en otros diez órdenes de magnitud.

ATP sintasa, resuelta por cristalografía de rayos X

Fuente de luz de diamante, la instalación de radiación sincrotrón de tercera generación más brillante

Los aceleradores de partículas pequeñas pueden acelerar las partículas a unos pocos MeV. Estos incluyen pequeños linacs (aceleradores lineales) y betatrones. Los pequeños aceleradores comercializados se han utilizado ampliamente en radioterapia, radiografía y esterilización. Las pistolas de electrones de alta energía también se usan en microscopía electrónica. Y los aceleradores de iones se utilizan en la industria de semiconductores.

El Cryo-EM de última generación, que puede desentrañar las estructuras de proteínas, sin el proceso de cristalización que consume mucho tiempo.

  1. Investigación. Acelera las partículas, las aplasta, mira los escombros. Encuentras partículas más exóticas y observas fenómenos muy raros y extraños.
  2. Medicina. Acelera las partículas y las usa para el tratamiento de radiación para reducir el tamaño de los tumores.
  3. Irradiación. Irradias objetos y materiales para probar su dureza de radiación.
  4. Creación de elementos superpesados. Bombardea elementos con otros elementos o protones / neutrones para formar elementos pesados ​​muy inestables.

Creo que eso lo resume todo.

Hay muchos y estoy seguro de que no conozco muchos más.

  • Implantación de iones para la fabricación de circuitos integrados.
  • Implantación de iones para el endurecimiento superficial de metales.
  • Tratamiento para el cáncer
  • Prueba de dureza de radiación de semiconductores: principalmente aplicaciones espaciales
  • Grabado / deposición de haz de iones
  • Propulsión iónica por espacio
  • Hornos de microondas (magnetrón)
  • Pantallas CRT (antes de LCD)
  • Fuente de rayos X de cristalografía para determinar la estructura de las proteínas y mucho más.
  • Microscópio electrónico escaneando
  • E-haz de esterilización
  • E-beam escrito de máscaras para la industria de fabricación de circuitos integrados
  • mucho más

Earntially nuestras vidas dependen críticamente de los aceleradores de partículas.

Uno de los mejores usos es obtener datos de partículas recién formadas que son un subproducto de algunos de los experimentos típicos en un acelerador. Solo mi opinión, por supuesto, pero hemos visto algunos datos notables que provienen de ella.

mejor artículo para el uso del acelerador de partículas que adjunto aquí

http://www.iaea.org/inis/collect

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